OLU TURDU U DALGALARIN SAYISAL OLARAK MODELLENMES

Benzer belgeler
HAREKET EDEN B R BASINÇ ALANININ OLU TURDU U DALGALARIN SAYISAL OLARAK MODELLENMES

KONUMA VE ZAMANA BAĞLI DEĞİŞEN DİP BATİMETRİSİ İÇİN GELİŞMİŞ BOUSSINESQ MODELİ VE UYGULAMALARI

SUALTI ve SUÜSTÜ GEM LER N N AKUST K Z ÇIKARTIMI

HAREKETL BASINÇ YÜKLEMES ALTINDAK HDROLK SLNDRN DNAMK ANALZ

LİMANLARDA VE DALGAKIRANLARIN CİVARINDAKİ KIYI BÖLGELERİNDE DALGA HAREKETLERİNİN SAYISAL MODELLENMESİ

3 1 x 2 ( ) 2 = E) f( x) ... Bir sigorta portföyünde, t poliçe yln göstermek üzere, sigortal saysnn

L SANS YERLE T RME SINAVI 1

HDROLK SLNDR DNAMK ANALZ

Matematiksel denklemlerin çözüm yöntemlerini ara t r n z. 9. FORMÜLLER

Dokuz Eylül Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi Cilt 8, Say: 3, 2006 OYLAMA YÖNTEMNE DAYALI AIRLIKLANDIRMA LE GRUP KARARININ OLUTURULMASI

OLMAYAN ve ARA-NOKTA KO ULLARI LE TEMEL VE SAYISAL ÇÖZÜMLER

EKG Sinyallerinde Gürültü Gidermede Ayrk Dalgack Dönüümünde Farkl Ana Dalgacklarn Ve Ayrtrma Seviyelerinin Karlatrlmas

BÖLÜM 3. A. Deneyin Amac

BÖLÜM 2 D YOTLU DO RULTUCULAR

PARAMETRK OLMAYAN STATSTKSEL TEKNKLER. Prof. Dr. Ali EN ÖLÇEKLER

BÖLÜM 1. stanbul Kültür Üniversitesi. Fonksiyonlar - Özellikleri ve Limit Kavram. ³eklinde tanmlanan fonksiyona Dirichlet fonksiyonu ad verilir.

Olas l ksal ev Stabilitesi Analizlerinde Yerel De i kenli in Etkisi

Endüstri Meslek Lisesi Örencilerinin Yetenek lgi ve Deerleri le Okuduklar Bölümler Arasndaki li"ki

Ta k n Hidrografi Pik Debilerinin Köprü Orta Ayaklar Etraf nda Meydana Gelen Nihai Oyulmalara Etkisinin Deneysel Olarak Ara t r lmas

Bileenler arasndaki iletiim ise iletiim yollar ad verilen kanallar yardm ile gerçekleir: 1 Veri Yollar 2 Adres Yollar 3 Kontrol Yollar

Do u Karadeniz deki iddetli Ya lar ve Ta k n Debilerine Uyan Da l mlar n Analizi

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

YAVAŞ DEĞİŞEN ÜNİFORM OLMAYAN AKIM

Tangram Etkinlii ile Çevre ve Alan Hesab *

1. Sabit Noktal Say Sistemleri

GÖLMARMARA SULAK ALANININ H DROLOJ S. Hüseyin KARAKU 1 Harun AYDIN 2 ÖZET

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

ASMOLEN UYGULAMALARI

Çan Aç k Oca nda Patlatma Kaynakl Titre imlerin ncelenmesi The Analysis of Ground Vibrations Induced by Blasting at Çan Open Pit Mine

Eşit Ağırlık ve Sayısal Adaylar İçin ALES KONU ANLATIMLI ALES. eğitimde. Kenan Osmanoğlu Kerem Köker. Özgün Sorular. Çıkmış.

Kesici Takm Tala( Açsnn +lerleme Kuvveti Üzerindeki Etkisinin Ara(trlmas

VB de Veri Türleri 1

ARSAN TEKST L T CARET VE SANAY ANON M RKET SER :XI NO:29 SAYILI TEBL E ST NADEN HAZIRLANMI YÖNET M KURULU FAAL YET RAPORU

Onüçüncü Bölüm Zaman Serisi Analizi

L-Moment Yöntemi le Bölgesel Ta k n Frekans Analizi ve Genelle tirilmi Lojistik Da l m le Do u Karadeniz Havzas Örne i

LİNEER DALGA TEORİSİ. Page 1

kili ve Çoklu Kar³la³trmalar

Homojen Sonlu evlerde Kritik Güvenlik Say s n n Pratik Ba nt larla Tahmin Edilmesi

1 letme Dönü ümü ve Planlamas Hizmetleri

Online Bilimsel Program Yönetici K lavuzu

Bulank kümeleme analizi ile ülkelerin turizm istatistikleri bakmndan snflandrlmas

B A. A = B [(A B) (B A)] (2)

EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 12. SINIF İLERİ DÜZEL MATEMATİK DERSİ DESTEKLEME VE YETİŞTİRME KURSU KAZANIMLARI VE TESTLERİ

ARA SINAV II. (1) (x k ) k N, R n içinde yaknsak ve limiti x olan bir dizi olsun. {x} = oldu unu gösteriniz.

ÖRETM UYGULAMASI. Ardk Doal Saylardan Pisagor Üçlülerine

Y ll k Maksimum Ak mlar n Baz Olas l k Da l mlar na Uygunlu unun Ki-Kare Ve Kolmogorov-Smirnov Testleriyle Belirlenmesi

PEZOELEKTRK KUMANDA ELEMANI VE ALGILAYICI ÇEREN ESNEK BR KRN AKTF TTREM KONTROLÜNÜN SMÜLASYONU

MC 311/ANAL Z III ARA SINAV I ÇÖZÜMLER

Ö RENME FAAL YET ViDA VE KILAVUZLAR Ö RENME FAAL YET Vidalar. E ik Düzlem. Vida Hatt n n Profili. Ad m. E im Aç s AMAÇ ARA TIRMA

Ta k n Tehlike Alanlar n n Olu turulmas : Samsun Terme Örne i

BÖLÜM 5. Gerilim Azaltan Dönü türücünün Kal Durum Devre Analizi

Cebir II 2008 Bahar

H20 PANEL S STEM Her tür projeye uygun, güvenilir, sa lam ekonomik kolon ve perde kal b

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

K NC DERECEDEN DENKLEMLER E TS ZL KLER ve FONKS YONLAR

Anketler ne zaman kullanlr? Ünite 6 Anketlerin Kullanm. Temel Konular. Soru Tipleri. Açk-uçlu ve kapal anketler. Anketler. Anketler de0erlidir, e0er;

Geçiş Eğrisi Olarak 4.Dereceden Parabol Geçi E risi Olarak 4.Dereceden Parabol

DOKUZ EYLÜL ÜNVERSTES MÜHENDSLK FAKÜLTES METALURJ VE MALZEME MÜHENDSL BÖLÜMÜ BTRME PROJES YÜRÜTME YÖNERGES

EANLI DENKLEML MODELLERN ÇÖZÜM YÖNTEMLER I: MATRSSZ ÇÖZÜM:

BĐSĐKLET FREN SĐSTEMĐNDE KABLO BAĞLANTI AÇISININ MEKANĐK VERĐME ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

Dairesel Dalga Kılavuzlarının 2 Boyutlu FDTD Yöntemi le Modellenmesi

Bir yerleim yerinin (Yaprakhisar, Kapadokya) iki boyutlu kaya dümesi analizleri ile kaya dümesi riski açsndan deerlendirilmesi

Ta k nlarda Ak m Özelliklerinin Derinli e Ba l Belirlenmesi

MATEMATK TEST. 5. Olimpiyatlara haz%rlanan bir atlet her gün, bir

Ölçek Geli,tirme Çal.,malar.nda Kapsam Geçerlii için Kapsam Geçerlik &ndekslerinin Kullan.lmas.

L SANS YERLE T RME SINAVI 1

GEMİ EĞİLME MOMENTİ ve KESME KUVVETİ KESİT ZORLARININ BUREAU VERITAS KURALLARI ve NÜMERİK YÖNTEM ile ANALİZİ

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

ÇUKUROVA ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ

KUZEY HAZAR DENZNDE YAPAY ADA NAATI

Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik E itimi A.B.D., Kad köy- stanbul, *nonat@marmara.edu.tr **sedatersoz1@gmail.

Research Article / Araştırma Makalesi INVESTIGATION OF FREE SURFACE EFFECTS OF A 2-D SOURCE MOVING WITH CONSTANT VELOCITY

NTEGRAL VE NTEGRO-D FERANS YEL DENKLEMLER N YARI-ANAL T K ÇÖZÜMLER ÜZER NE

ARTVN L GELME PLANI. Artvin l Geneli Bilinmeyen

YANGIN ÖNLEME VE YANGINDAN KORUNMA HDROFOR SETLER

Prof.Dr. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU.

AKIġKAN PARTĠKÜLLERĠNĠN KĠNEMATĠĞĠ

3. 27 I C C' C C (V B ' C ') C DC. EM1 Modeli I B C E (V B ' E ') E' r E ' I E

ARSAN TEKST L T CARET VE SANAY ANON M RKET SER :XI NO:29 SAYILI TEBL E ST NADEN HAZIRLANMI YÖNET M KURULU FAAL YET RAPORU

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Simülasyon Modelleme. Contents. 1 Simülasyon Nedir? Doç. Dr. Mustafa Yüzükrmz myuzukirmizi@meliksah.edu.tr. Ders -5: Simülasyon A³amalar.

Okut. Yüksel YURTAY. İletişim : (264) Sayısal Analiz. Giriş.

YÜKSEK FROUDE SAYILARINDA ÇALIŞAN HİDROFOİLLER ÜZERİNDE SERBEST SU YÜZEYİ ETKİSİ ÖZET

ENDÜSTRYE YÖNELK BLGSAYAR DESTEKL TASARIM

1) Ekonominin Genel Durumu ve Piyasalar:

Soru Takımı #2 in Çözümleri

XIV. Ulusal Antalya Matematk Olmpyat Brnc A³ama Snav Sorular -2009

SORULAR. 1. Aşa¼g daki limitleri bulunuz. Cevab n z n aşamalar n belirtiniz. lim. 1 n sin. lim. q 1 x 1+x

MER A YLETRME ve EROZYON ÖNLEME ENTEGRE PROJES (YENMEHMETL- POLATLI)

Ta k n Alanlar n n Co rafi Bilgi Sistemi ve Hidrolik Modelleme Teknikleri ile Belirlenmesi: Pamukkale Ünivesitesi K n kl Yerle kesi çin Bir Uygulama

FARKLI TÜRKYE MERMER TÜRLERNN TOPLAM ALFA VE TOPLAM BETA RADYOAKTVTE SEVYELERNN TAYN

KENT KARAYOLLARINDA KAPAS TEN N BULANIK MANTIK LE MODELLENMES CAPACITY MODELLING OF URBAN HIGHWAYS BY FUZZY LOGIC

KIRSAL ÇEVRE ve ORMANCILIK SORUNLARI ARATIRMA DERNE The Research Association of Rural Environment and Forestry

ALES KONU ANLATIMLI. Pratik Bilgiler. Çıkmış. Özgün Sorular. Tüm Adaylar İçin. eğitimde. Kenan Osmanoğlu Kerem Köker

SAYISAL KARARLILIK. Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

Polimerler ile Stabilize Edilmi Kumlar n Kesme Kutusu Deneyleri ile Kayma Mukavemetinin Belirlenmesi

TARIM İSTATİSTİKLERİ

GRAVİTE-MANYETİK VERİLERİNE ÇEŞİTLİ MODELLERLE YAKLAŞIM AN APPROACH FOR THE GRAVITY-MAGNETIC DATA WITH VARIOUS MODELS

TEKSTLDE KULLANILAN SUYUN ÖNEM VE ÖRNEK BR LETMEDE YAPILAN SU ANALZ ÇALIMALARI

ÜÇGEN VEYA TRAPEZ KESİTLİ AÇIK KANAL AKIMINDA ALTERNATİF DERİNLİĞİN BULUNMASI

Transkript:

GEMİ İNŞAATI ve DENİZ TEKNOLOJİSİ TEKNİK KONGRESİ 2012 HAREKET EDEN YARIMKÜRE EKLNDEK BR CSMN OLUTURDUU DALGALARIN SAYISAL OLARAK MODELLENMES Deniz BAYRAKTAR ERSAN 1 ve Serdar BEJ 2 ÖZET Su dalgalarnn teorik ve fiziksel modellenmesi, üzerinde onaltnc yüzyldan bu yana çallan bir konudur. Genel olarak rüzgâr etkisi ile oluan açk deniz ve ky bölgesi dalgalarnn yan sra su içindeki bir cismin (gemi v.b.) hareketinden ötürü oluan dalgalarn incelenmesi de önem tamaktadr. Gemi hareketlerinden kaynaklanan dalgalarn modellenmesi özellikle son yllarn güncel konularndandr. Bu çalmada, seyir halindeki tekneyi temsil edecek olan basnç alan belirlenmi ve bu basnç alan ilerlediinde oluacak olan dalgalar bir bilgisayar programnda saysal olarak modellenmitir. Lineer olmayan özellikteki bu dalgalar saysal olarak modelleyebilmek için Boussinesq Denklemleri kullanlmtr. Boussinesq denklemleri, derinlik integre edilmi denklemler olup, dispersiyon terimleri ksmi olarak dikey yöndeki akkan ivmesinin etkisini temsil eder. Boussinesq Denklemleri bu özellikleri ile uzun dalga denklemlerinden ayrlrlar. Bu sayede, çok s olmayan bölgelerde de, deiik hzlardaki teknelerin yaratt dalgalarn gerçekçi bir ekilde simülasyonu yaplmtr. Hareket edecek olan basnç alann temsilen bir yarmküre seçilerek, farkl Froude saylar için, deiik zaman aralklarnda üç boyutlu simülasyonlar yaplmtr. Anahtar Kelimeler: Boussinesq denklemleri, dalga ekilleri, giri açs, hareket eden basnç alan 1 stanbul Teknik Üniversitesi, Gemi naat ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendislii Bölümü, Tel:0212 285 64 18, e-posta: bayraktard@itu.edu.tr 2 stanbul Teknik Üniversitesi, Gemi naat ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendislii Bölümü, Tel:0212 285 64 42, e-posta: sbeji@itu.edu.tr 419

1. Giri Su yüzeyinde hareket eden bir cismin (gemi v.b.) farkl hzlarda oluturduu lineer olmayan En önemli avantaj derinlik integre edilmi bir dalga modeli olmas olan Boussinesq denklemleri, üç boyutlu bir problemi iki boyutlu bir probleme indirgemektedir. Boyuttaki bu azalma ve bilgisayar teknolojisinin ilerlemesine paralel olarak, Boussinesq denklemleri farkl tipte dip batimetrileri ve ky ekilleri ile geni yüzeyleri kaplayan bölgeler için yaygn olarak kullanlabilmektedir. Sabit su derinlikleri için geçerli olan ilk Boussinesq modeli, adn ald Boussinesq [2] tarafndan elde edilmitir. Daha sonra, Mei and LeMeháute [9] ve Peregrine [12] de, Boussinesq denklemlerini sabit olmayan su derinlikleri için elde etmilerdir. Mei and LeMeháute, tabandaki hz deiken olarak tanmlarken, Peregrine derinlie göre ortalamas alnm hz deiken olarak kullanmtr. Peregrine tarafndan türetilen denklemlerin yaygn kullanmndan ötürü, bu denklemler standart Boussinesq denklemleri olarak bilinmektedir. Daha iyi dispersiyon karakteristiine sahip denklemler elde etmek için Madsen ve dierleri [7] ve Madsen ve Sørensen [8] ayarlanabilir katsayl yüksek mertebeden terimleri srasyla, sabit ve deiken su derinlikli Boussinesq denklemlerine eklemilerdir. Beji ve Nadaoka [1], Madsen ve dierlerinin [7] gelimi Boussinesq denklemlerini, farkl bir ekilde türetmilerdir. Liu ve Wu [5] ise, snr integrali yöntemini kullanarak bir dikdörtgen ve trapez kanal içinde hareketli bir basnç dalm tarafndan üretilen dalgalar, gemiye özel uygulamalar içeren bir model olarak sunmutur. Torsvik [13] Lynett ve dierleri [6] ve Liu ve Wu nun [5] COULWAVE uzun dalga modelini kullanarak, deiken kesitli bir kanalda sabit bir hzda hareket eden bir basnç dalmnn yaratt dalgalar saysal olarak incelemitir. Bu ve bunun benzeri yaplm olan çalmalarda ortak nokta, hareket eden cisim olarak kosinüs tipinde bir fonksiyon seçilmesidir. Hareketli bir basnç alannn teorik formülasyonunu incelemek, yüzen bir cismi istenilen formda elde edebilmek açsndan oldukça önemlidir. Fakat Boussinesq denklemleri, boyut azaltmas açsndan her ne kadar çok büyük avantaj salasa da yüzer cisimler söz konusu olduunda dorudan bir kullanm söz konusu olamamaktadr. Bu durumda, yaplabilecek iki farkl yaklam vardr. Bunlardan birincisi, yüzer cismin dnda ve altnda kalan bölgelerin ayr ayr deerlendirilmesi ve buna bal çözümlerin elde edilmesidir. Dieri ise, uygulama açsndan daha kolay olan, Bounessinesq denklemlerine, yüzer cismin etkisini yanstacak olan bir yüzey basnç teriminin eklenmesidir. Burada en önemli problem, yüzer cisme en uygun yüzey basncnn tanmlanmasdr. Bu çalmada, farkl formda yüzey basnç alanlar ile istenilen cismin/cisimlerin etkilerinin yaratlp tanmlanmas ve buna bal olarak yaplmas planlanan simülasyonlar ile farkl durumlar incelenip birbiriyle karlatrlmtr. Bu simülasyonlar, hareket halindeki bir gemi formunun yaratt dalgalar ile bunlarn etkilerini anlayabilmek açsndan oldukça önemlidir. Bunu gerçekletirebilmek için, yüzey basnç terimlerinin, bir ve iki boyutlu (gerçekte iki ve üç boyutlu) olan Boussinesq saysal modellerinin bir parças haline getirilip uygulanmas gerekmektedir. 420

Klasik Boussinesq denklemlerinin uygulama alanlarndan farkl olarak bu aratrma konusu, ky ve liman bölgelerindeki dalga hareketlerinin incelenmesinin dnda, yüzer bir cisim veya cisimler etkisi altnda oluacak dalga hareketlerini de inceleyebilmeyi mümkün klmaktadr. ki boyutlu denklemlerle yarm küre eklindeki bir cismin yaratt dalgalar modellenmitir. Bu simülasyonlar, teorik sonuçlarla karlatrlmtr. 2. Gelimi Dispersiyon Karakteristikli Boussinesq Denklemleri Bu çalmada Beji ve Nadaoka [1] tarafndan türetilen Boussinesq denklemleri kullanlm olup, momentum denklemlerine, hareket edecek cismi temsil eden basnç gradyan eklenmitir: Burada bir sabit olup, lineer teori dispersiyon bantsnn, ikinci mertebeden Padé açlmna göre =1/5 alnmtr. = 0 ise Peregrine nin orijinal denklemine karlk gelmektedir. = 1/5 olduunda, model nispeten ksa dalgalar (h/ = 1) modelleyebilir. Burada, dalga boyu, h ise su derinliini temsil etmektedir. 3.Denklemlerin Ayrklatrlmas Denklem 1 ve Denklem 2, atlatlm Arakawa C-grid sistemine göre ekil 1 de gösterildii gibi ayrklatrlmtr. 421

ekil 1. Deerlerin atlatlm Arakawa C- grid sistemindeki konumlar Ayrklatrma, O Brien ve Hurlburt [11] tarafndan iki tabakal s su denklemlerinin çözümünde kullanlan yönteme uygun olarak, süreklilik denklemi, momentum denkleminin içine yerletirilerek gerçekletirilmitir. Böylesi bir düzenleme, saysal programn srasyla, hem uzun dalga modunda, hem Boussinesq modunda, hem de gelimi Boussinesq modunda çalabilmesine olanak verir. Buna göre süreklilik denklemi, elde edilmitir. Burada, i ve j srasyla x ve y yönündeki uzaysal zaman admlarn gösterirken k, zaman admn gösterir. Her iki taraf t ile çarplp x e göre türevi alndndaysa aadaki denklem elde edilir: 422

Buna benzer olarak Denklem 3, t ile çarplp, y ye göre türevi alnrsa, denklemi elde edilir. Denklem 4 ve 5, srasyla x ve y momentum denklemlerinin ayrklatrlmas için kullanlacaklardr. Momentum denkleminin x bileeni u ekilde ayrklatrlr: Burada, ayrklatrlmam olarak verilen terimler, Arakawa C-grid sistemine göre k + 1/2 zaman admnda ayrklatrlacaktr. Denklem 4 teki ifadesini yukardaki denklemin içine yerletirdikten sonra, t ile çarpp düzenlenirse elde edilecek olan denklem, 423

olur. Ayn ilemler y-momentum denklemi için de yapldndan burada tekrar edilmemitir. Saysal çözüm sras u ekildedir. Öncelikle, eski zamandaki hzlar kullanlarak, geçici deerleri, süreklilik denklemi 3 ten hesaplanr. Buna bal olarak, x ve y yönündeki momentum denklemleri, yeni zamandaki u ve ve v hzlar için, tridiyagonal bir matris sistemi oluturur. Hareket denkleminin x- bileeni çözülürken, yeni zaman admndaki u k+1 deerleri tek bilinmeyenler olup, Thomas algoritmas kullanlarak çözülür. Benzer ekilde, hareket denkleminin y-bileeni çözülürken, yalnzca v k+1 ler bilinmeyen olarak deerlendirilir. Son hesaplanan u k+1 ve v k+1 deerleri kullanlarak, düzeltilmi deerleri yeniden süreklilik denkleminden elde edilir. Güvenilir sonuçlar elde etmek için, her bir zaman admnda, bu ilemlerin yalnzca üç kez tekrarlanmasnn yeterli olduu gözlemlenmitir. Daha iyi bir yaklam için, deikenlerin ardk deerleri bir yaknsama kriteri ile karlatrlmtr. Fakat saysal deneyler göstermitir ki, iterasyonun artmasnn sonuçlar üzerinde iyiletirici bir etkisi kesinlikle ihmal edilebilir düzeyde kalmaktadr. 4. Üç Boyutlu Saysal Çözümler Hareket eden basnç alanna bal olarak oluan dalgalarn iki boyutlu (gerçekte 3 boyutlu) simülasyonlar yaplmtr. Bu amaçla, öncelikle üç boyutlu bir yarm küre eklindeki bir basnç alan oluturulmutur. Daha sonra, söz konusu basnç alan kullanlarak yaplan saysal simülasyonlardan farkl derinlik Froude saylar için elde edilen giri açlar ölçülmü ve her bir aç Havelock a ait teorik fomülasyonlarn verdii deerlerle karlatrlmtr. 424

5. Yarmküre eklindeki Basnç Alannn Zorlayc Etkisi Simülasyon için kullanlan yarmküre eklindeki basnç alan u ekilde ifade edilmitir: 2 p(x, y)= p 0 R 2 2 x y (8) Burada, p 0 deeri basnç dalmnn en yüksek deeri olup, R ise yarçaptr. ekil 5, kullanlan basnç alann göstermektedir. ekil 2. Yarmküre eklindeki basnç dalmnn üç boyutlu gösterimi Simülasyonlarda, R=40 m, p 0 = 300 Pa, su derinlii h = 10 m alnm olup buna bal hz c =gh = 10 m/s dir. Simülasyon alan, 2400 m 1200 m olup x = y = 4 m dir. Zaman aral ise t = 0.2 s dir. x-momentum denkleminde p x = xp 0 =(R 2 x 2 y 2 ) 1/2 ve y- momentum denkleminde p y = yp 0 /(R 2 x 2 y 2 ) 1/2 eklindedir. ekil 6, derinlik Froude says, Fr = v/c = v/gh =1.1 için srasyla t =10 s, 44 s ve 90 s de gözlenen dalgalarn kontür grafiklerini göstermektedir. Bu Froude saysna karlk gelen basnç alannn ilerleme hz ise v = 1.1gh = 1.1c = 11 m/s dir. Tablo 1 ve ekil 7 den görülen, t= 90 s için simülasyonu yaplan dalga alannn 65 olarak ölçülen ilerleme açs, Havelock un [4] teorik sonucuyla oldukça uyumludur. (a) t= 10 s, Fr=1.1 425

(b) t= 44 s, Fr=1.1 (c)t= 90 s, Fr=1.1 ekil 3. Fr = 1.1 için Boussinesq modeli ( = 1/5 ) kullanlarak ilerleyen bir yarmkürenin oluturduu dalgalarn farkl zamanlardaki dalga konturlar Havelock [4] belli hzlarda ilerleyen bir yüzey basnc nedeniyle oluan dalga ekillerini, kritik alt ve kritik üstü Froude saylar için incelemitir. Nokta eklindeki bir impulsun sonlu derinlikteki bir suda ilerlerken oluan giri açsn Havelock u ekilde ifade etmitir: Fr 1 için arccos 81 n/ 3 n arcsin p Fr > 1 için kh Burada, p = gh/v 2 = c 2 /v 2 = 1/Fr 2 dir. m tanh 2kh ve n iken, kritik alt kh sinh2kh aralktaki belirli bir Froude says veya p deeri için öncelikle kh, m(3 n) = 2/p bantsndan iterasyonla bulunur. deerini bulmak içinse, n deerinin saysal deeri, hesaplanm olan kh deeri kullanlarak bulunur. Kritik üstü aralkta, p tek fonksiyon olup, baka bir hesaplamaya gerek yoktur. Tablo 1 de bunlara bal olarak hesaplanan kama açlar saysal ve teorik olarak verilmitir. 426

Tablo 1. Saysal olarak elde edilen giri açlarnn Havelock un analitik sonuçlaryla farkl derinlik Froude saylar için karlatrlmas Fr Boussinesq (Saysal) Giri açs Havelock (Analitik) Bal hata yüzdesi (%) 0.63 18.00 19.69 8.58 0.70 20.00 20.26 1.29 0.75 21.00 21.10 0.47 0.86 25.00 25.36 1.43 0.90 25.00 28.50 12.28 0.96 40.00 37.78 5.86 0.97 40.00 40.69 1.69 0.98 39.00 44.66 12.68 0.99 48.00 51.01 5.90 1.01 82.00 81.93 0.08 1.05 72.00 72.25 0.34 1.10 65.00 65.38 0.58 1.20 54.00 56.44 4.33 1.30 47.00 50.28 6.53 1.40 43.00 45.58 5.67 1.50 42.00 41.81 0.45 1.60 36.00 36.03 0.09 1.80 33.00 33.75 2.22 2.00 30.00 30.00 0.00 Kritik alt bölgede Froude says sfra yaklatkça, bal derinliin (kh) artt gözlemlenmektedir. Öte yandan, tüm kritik üstü aralkta, kh deeri sfrn limit deer olduu durumu kabul eder ve giri açs hesaplamalarnda etkisiz hale gelmektedir. Bundan ötürü, bir anlamda, düük Froude saylar, görece derin sular temsil ederken, yüksek Froude saylar, s sulara karlk gelmektedir. ekil 7 de görüldüü üzere, Fr = 0 durumunda, derin sular için, Kelvin in çok iyi bilinen giri açs = 19 o 28 elde edilmitir. ekil 7 de, Havelock un analitik formülleriyle hesaplanan giri açlaryla, Boussinesq modelini kullanarak elde edilen grafiklerden ölçülen giri açlar verilmitir. Buradaki Froude says Fr v / gh derinlie bal olduundan Fr = 0 durumu derin suya karlk gelir, öyle ki v 0 artyla, su derinlii h teorik olarak sonsuzdur. Dolaysyla ekil 7 de Fr<1 derin su bölgesini temsil ederken, Fr>1 s su bölgesini temsil etmektedir. Boussinesq denklemleri genel olarak orta derinlikte ve s sulara uygulanabilir olduundan, Tablo 1 de görüldüü üzere, bu çalmada simülasyonlar için, kritik alt aralk, Fr=0.63 ve Fr=0.99 arasnda seçilmitir. 427

ekil 4. Saysal olarak elde edilen giri açlaryla, Havelock un teorik formülasyonunun karlatrlmas 6. Sonuçlar Boussinesq denklemleri genel olarak yakn ky bölgelerindeki ya da orta derinlikteki dalgalar modellemek için kullanlmaktadr. Bu uygulamalarn dnda, ilerleyen bir cismin oluturduu dalgalar modellemek için de Boussinesq denklemleri kullanlabilir. Bu çalmada, sabit ve ilerleyen yüzey basnçlar kullanlarak saysal dalga modellemeleri yaplmtr. Üç boyutlu simülasyonlar için Boussinesq denklemlerinde yarmküre eklindeki bir basnç gradyan kullanlm ve ilerleyen bu basnç alannn oluturduu dalga ekillerinin farkl derinlik Froude saylar için deiik zaman aralklarnda simülasyonlar yaplmtr. Havelock [4] un analitik sonuçlar, hesaplanan giri açlaryla karlatrlmtr. Bu karlatrmalar, özellikle bal derinliin küçük olduu, kritik üstü Froude bölgesi için çok iyi sonuçlar vermektedir. Kritik alt Froude bölgesinde ortalama hata % 5.58 iken, kritik üstü Froude bölgesinde ortalama hata % 2.03 e dümektedir. Ortalama hata yüzdelerindeki bu fark, büyük ihtimalle Boussinesq denklemlerinin su derinliine bal kstlayclndan ileri gelmektedir. Daha önce belirtildii üzere, kritik alt bölge, görece daha derin sular temsil etmekte ve Froude saysnn sfra eit olduu durum ise, tamamen derin suya karlk gelmektedir. Saysal modelin, kritik alt bölgede görece daha kötü sonuç vermesi, oluan dalgalarn derin su özelliklerine balanabilir. 7. Kaynaklar [1] Beji, S. and Nadaoka, K. A., Formal Derivation and Numerical Modelling of the Improved Boussinesq Equations for Varying Depth, Ocean Engineering, no. 23, pp. 691, 704,1996. [2] Boussinesq, J.V., Theory of waves and surges which propagate the length of a horizontal 428

rectangular canal, imparting to the fluid contained within the canal velocities that are sensibly the same from the top to the bottom, Journal de Mathématiques Pures et Appliquées, no. 17, pp. 55 108, 1872. [3] Engquist, B. and Majda, A., Absorbing Boundary Conditions for the Numerical Simulations of Waves, Mathematics of Computation, no. 31(139), pp. 629-651, 1977. [4] Havelock, T., The propagation of Groups of Waves in Dispersive Media with Application to Waves on Water Produced by a Travelling Disturbance, Proceedings of the Royal Society of London, no.81(549), pp. 398 430, 1908. [5] Liu, P.L.F and Wu, T.R., Waves Generated by Moving Pressure Disturbances in Rectangular and Trapezoidal Channels, Journal of Hydraulic Research, no. 42, pp. 163-171, 2004. [6] Lynett, P., Wu, T.-R., and Liu, P. L.-F., Modeling Wave Runup with Depth-Integrated Equations, Coastal Engineering, no (46), pp. 89-107, 2002. [7] Madsen, P. A., Murray, R. and Sørensen, O. R., A New Form of the Boussineq Equations with Improved Linear Dispersion Characteristics, Coastal Engineering, no. 15, pp. 371-388, 1991. [8] Madsen, P. A. and Sørensen, O. R., A New Form of the Boussineq Equations with Improved Linear Dispersion Characteristics part 2, Coastal Engineering, no. 18, pp. 183-204, 1992. [9] Mei, C.C. and LeMehaute, B., Note on the Equations of Long Waves Over an Uneven Bottom, Journal of Geophysical Research, no. 71, pp. 393-400, 1966. [10] Nwogu, O., Alternative Form of Boussinesq Equations for Nearshore Wave Propagation, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering. No. 119, pp. 618-638, 1993. [11] O Brien, J.J. and Hurlburt, H.E., A Numerical Model of Coastal Up-Welling, Journal of Physical Oceanography, no. 2, pp. 14-26, 1972. [12] Peregrine, D. H., Long Waves On a Beach, Journal of Fluid Mechanics, no. 27, pp. 815-827, 1967. [13]Torsvik, T., Pedersen, G. and Dysthe, K., Waves Generated by a Pressure Disturbance Moving in a Channel with a Variable Cross- Sectional Topography, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, no. 135, pp. 120-123, 2009. 429